KR102241165B1 - 엔진 연계식 lfu 변속 제어 방법 및 lfu 변속 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 LFU 변속 시스템(1)에 적용된 엔진 연계식 LFU 변속 제어 방법은 엑셀페달의 APS(Accelerator Pedal Scope) 해제에 의한 Power Off Upshift 진입이 이루어지면, LFU(Lift Foot Up) 변속의 실변속 구간이 유압하향제어 구간의 Zone 1(S32), 슬립제어 구간의 Zone 2(S33), 슬립충족제어 구간의 Zone 3(S34)로 구분되고, PID 컨트롤러(10)의 PID(Proportinal/Integral/Differential) 제어가 변속기의 댐퍼 유압을 제어하면서 Zone 1 내지 Zone 3에서 터빈과 엔진의 슬립차가 소정 이하의 범위로 줄어든 상태로 엔진과 터빈 직결이 이루어지는 엔진제어를 수행함으로써 슬립차 해소에 대한 댐퍼 유압 제어 어려움 개선이 이루어지면서 엔진 토크 상승으로 댐퍼 유압의 하향 설정량을 상대적으로 크게 하여 댐퍼 제어의 편의성과 함께 변속말기의 변속감을 모두 확보할 수 있는 특징을 갖는다.

Description

엔진 연계식 LFU 변속 제어 방법 및 LFU 변속 시스템{Method and System for Lift Foot Up Shift Based On Engine Cooperation}

본 발명은 파워 오프 업 쉬프트에 관한 것으로, 특히 LFU(Lift Foot Up) 변속 시 엔진과의 협조제어를 통해 댐퍼유압이 제어됨으로써 댐퍼유압 상향/하향의 상반 현상이 가져오는 유압제어 어려움을 개선하면서 자연스럽게 변속감을 향상시킬 수 있는 LFU 변속 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 차량 주행 중 이루어지는 변속 중 LFU 변속은 토크가 없는 상태에서 업 쉬프트(Upshift)가 발생하는 변속으로, Power On Downshift과 같이 엑셀페달(Accelerator Pedal)이 순간적으로 깊게 밟아 수행한 킥다운(Kick Down)과 반대되는 Power Off Upshift로 특징된다.

그러므로 상기 LFU 변속은 킥다운 후 엑셀페달에서 발을 떼어 이루어지거나 또는 내리막 구배에서 엑셀페달 조작 없이 내려갈 때 발생 된다.

이를 위해 상기 LFU 변속은 변속 시 댐퍼 유압을 통해 엔진토크 베이스를 기준으로 슬립(Sip)에 따라 보정값으로 PID(Proportinal/Integral/Differential)를 통한 댐퍼제어가 수행되고, 상기 댐퍼제어는 댐퍼의 단독 제어 시 존재하는 캘리브레이션의 어려움과 변속감을 위해 댐퍼를 풀어 터빈과 엔진이 슬립제어가 되도록 하며, 상기 슬립제어는 토크를 베이스 압(Pressure)으로 하여 엔진과 터빈의 슬립을 통해 보정하는 맵으로 이루어진다.

따라서 상기 LFU 변속은 댐퍼의 유압만으로 댐퍼를 제어하여 슬립제어와 직결 제어를 수행함으로써 엔진과 변속기의 직결로 연비 향상에 기여할 수 있다.

일본등록특허 4,317,808 (2009.05.29)

하지만, 상기 댐퍼제어 변속 방식은 연비 향상을 위해 변속기에서 엔진과 변속기를 직결 시켜주는 댐퍼 제어가 이루어짐으로써 과도한 댐퍼유압, 댐퍼유압 하향 제어 어려움, 댐퍼유압 상향 제어 어려움이 발생한다는 한계를 갖고 있다.

일례로 상기 과도한 댐퍼유압의 문제는 엔진과 터빈이 변속 내내 직결된 상태를 형성함으로써 변속시작 또는 말기에 충격이 과하게 들어오기 때문이다.

그리고 상기 댐퍼유압 하향 제어 어려움의 문제는 댐퍼제어 중 댐퍼유압을 빼야할 때 발생된 일정 수준을 넘어선 과다한 슬립량에서 댐퍼 유압을 급격히 올리면 엔진과 터빈의 직결로 충격이 크게 들어옴을 방지하도록 댐퍼제어를 종료하게 되지만, 변속 말기를 잡기 위한 댐퍼제어에서 댐퍼제어 종료는 엔진과 터빈이 오픈(OPEN)된 상태로 움직이게 됨으로써 연비에 악영향을 주기 때문이다.

또한, 상기 댐퍼유압 상향 제어 어려움의 문제는 댐퍼제어 중 댐퍼제어 종료에 따른 연비 악영향 방지를 위해 일정 수준 안에 들어온 슬립량에서 엔진과 터빈의 슬립제어 또는 직결제어를 위한 댐퍼유압 상승이 발생됨으로써 엔진과 터빈의 급한 직결에 따른 충격이 발생하기 때문이다.

그러므로 상기 댐퍼제어 변속 방식은 변속감을 상승시키기 위해서 댐퍼 유압을 빼주는 방향으로 제어할 필요가 있으나, 그 결과로는 댐퍼유압 하향 제어 어려움 및 댐퍼유압 상향 제어 어려움과 같은 문제 현상이 발생됨으로써 트레이드오프(trade-off)의 상반된 문제점에 부딪힐 수밖에 없다.

나아가 댐퍼제어의 상반된 문제점을 댐퍼유압의 변화로 해소할 필요가 있으나, 그 결과로는 댐퍼유압을 강하게 사용하면 과도한 댐퍼유압 및 댐퍼유압 상향 제어 어려움과 같은 문제 현상을 발생시키는 반면 댐퍼유압을 약하게 사용하면 댐퍼유압 하향 제어 어려움과 같은 문제점에 부딪힐 수밖에 없다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 댐퍼제어를 엔진과 함께 수행하여 엔진과 터빈의 슬립량을 줄임으로써 댐퍼유압의 제어 어려움을 개선하면서 자연스럽게 변속감을 향상시킬 수 있고, 특히 엔진의 토크 상승으로 엔진과 터빈의 슬립을 줄이기 때문에 댐퍼제어 유압을 이전 제어보다 많이 하향으로 설정함으로써 변속 말기를 지난 후 부드럽게 터빈과 엔진의 직결을 수행하여 댐퍼제어의 편의성과 변속감을 모두 확보할 수 있는 엔진 연계식 LFU 변속 제어 방법 및 LFU 변속 시스템의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 엔진 연계식 LFU 변속 제어 방법은 엑셀페달의 APS 해제에 의한 Power Off Upshift 진입으로 PID 컨트롤러의 PID 제어로 변속기의 댐퍼유압이 제어될 때, 복수개 구간으로 구획된 실변속 구간에서 상기 PID 제어로 엔진제어를 하여 터빈과 엔진의 슬립차가 소정 이하의 범위로 줄어든 상태로 엔진과 터빈 직결을 가능하게 하는 엔진협조제어가 포함되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 실변속 구간은 현재변속동기점이 시작되는 변속준비구간과 소정 이하의 슬립차 범위로 터빈 동기화가 이루어지는 변속말기 구간 사이이다.

바람직한 실시예로서, 상기 복수개 구간은 LFU 변속 진행 시간으로 구획된다.

바람직한 실시예로서, 상기 엔진협조제어는 변속진행율 도달 확인이 이루어지고, 상기 복수개 구간이 Zone 1, Zone 2, Zone 3로 구획되는 단계, 댐퍼 유압 제어로 터빈과 엔진의 1차 슬립 조정이 이루어지는 Zone 1 설정 단계, 엔진 제어와 함께 댐퍼 유압 제어로 터빈과 엔진의 2차 슬립 조정이 이루어지는 Zone 2 설정 단계, 엔진 제어 종료로 터빈과 엔진의 3차 슬립 조정 상태에서 댐퍼 유압 제어로 전환되는 Zone 3 설정 단계로 수행 된다.

바람직한 실시예로서, 상기 Zone 1에서 상기 1차 슬립 조정은 Zone 1 종료 시점의 설정 슬립량보다 큰 값의 Zone 1 슬립량으로 종료되고, 상기 PID 제어는 차속에 대해 변속시스템의 댐퍼 유압을 하향 기울기로 제어하여 준다.

바람직한 실시예로서, 상기 Zone 2에서, 상기 2차 슬립 조정은 Zone 2 종료 시점의 설정 슬립량보다 큰 값의 Zone 2 슬립량으로 종료되고, 상기 PID 제어는 엔진 시스템의 엔진토크 상승량 설정에 기반 한 목표 슬립량이 도달될 때까지 엔진제어를 수행하고, 변속시스템의 댐퍼 유압을 Zone 2 말기 구간에서 댐퍼 유압 제어를 시작하여 준다.

바람직한 실시예로서, 상기 Zone 2에서, 상기 엔진토크 상승량 설정은 상기 엔진제어 동안 엔진 토크 상승량이 유지되는 엔진토크 상승량 유지시간을 포함하고, 상기 목표 슬립량은 Zone 3 슬립량 대비 140~160%로 적용된다.

바람직한 실시예로서, 상기 Zone 2에서, 상기 댐퍼 유압 제어는 Zone 1 종료 이후 유압제어에 제어 듀티 Offset을 적용하여 급격한 유압제어 시작을 방지하고, 하향 Jump량으로 엔진과 터빈의 직결 시 유압대기가 이루어지도록 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 Zone 3에서, 상기 3차 슬립 조정은 Zone 3 종료 시점의 설정 슬립량보다 큰 값의 Zone 3 슬립량으로 종료되고, 상기 PID 제어는 엔진 시스템의 토크 하향(Jump Down)로 엔진제어를 수행하여 엔진 토크를 복귀시켜 준다.

바람직한 실시예로서, 상기 Zone 3에서, 상기 PID 제어는 변속 시스템의 댐퍼 유압에 대해 댐퍼 유압 상향 기울기 설정(H)이 적용되어 댐퍼 유압 제어를 수행하여 준다.

그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 엑셀페달의 APS 해제에 의한 Power Off Upshift 진입이 이루어지면, LFU 변속 구간을 Zone 1, Zone 2, Zone 3로 구획하고, PID 제어로 변속기의 댐퍼 유압을 제어하면서 상기 Zone 1 내지 Zone 3에서 터빈과 엔진의 슬립차가 소정 이하의 범위로 줄어든 상태로 엔진과 터빈 직결이 이루어지는 엔진제어를 수행하는 PID 컨트롤러;가 포함되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 PID 컨트롤러는 LFU 변속 맵을 구비하고, 상기 LFU 변속 맵은 변속준비구간, 실변속 구간, 변속말기 구간의 변속구간 중 상기 실변속 구간에 상기 Zone 1 내지 Zone 3을 적용해 준다.

바람직한 실시예로서, 상기 Zone 1은 변속 말기에 터빈과 엔진의 슬립량 조절용이성을 위한 유압하향제어 구간이고, 상기 Zone 2는 엔진제어 말기 구간에서 상향 기울기로 이루어지는 댐퍼 유압제어를 위한 슬립제어 구간이며, 상기 Zone 3은 터빈과 엔진의 슬립 차이가 일정 슬립 구간 안으로 들어온 후 엔진제어 종료에 이은 댐퍼 유압제어를 위한 슬립충족제어 구간이다.

바람직한 실시예로서, 상기 Zone 1 내지 Zone 3에 대한 구획은 LFU 변속 진행 시간이다.

바람직한 실시예로서, 상기 PID 컨트롤러는 목표 슬립량으로 엔진토크를 제어하면서 엔진토크 제어 결과를 현재 슬립량으로 피드백 받아 상기 목표 슬립량을 업데이트 한다.

이러한 본 발명의 LFU 변속 시스템에 적용된 엔진 연계식 LFU 변속 제어는 하기와 같은 작용 및 효과를 구현한다.

첫째, Power Off Upshift에 따른 LFU 변속 시 댐퍼제어에 엔진 슬립량을 이용한 엔진협조제어를 적용함으로써 변속감 캘리브레이션 및 댐퍼 캘리브레이션 시 캘리브레이션의 용이성이 향상된다. 둘째, 엔진협조제어로 댐퍼유압이 일으키던 문제현상인 과도한 댐퍼유압, 댐퍼유압 상/하향 제어 어려움을 모두 해소한 변속 구현이 가능하다. 셋째, 댐퍼유압이 일으키던 문제현상이 해소됨으로써 터빈과 엔진의 슬립차이로 인한 연비 악영향이 배제되면서 변속말기의 댐퍼 충격이 방지될 수 있다. 넷째, 엔진의 토크 상승으로 엔진과 터빈의 슬립을 줄이기 때문에 댐퍼제어에 따른 댐퍼제어 유압을 기존의 제어방식보다 크게 하향으로 설정할 수 있다. 다섯째, 댐퍼제어 유압을 하향하더라도 댐퍼유압 하향 제어 및 댐퍼유압 상향 제어의 상반된 문제점에 부딪힘 없이 변속 말기를 지난 후 부드럽게 터빈과 엔진을 직결할 수 있도록 제어됨으로써 댐퍼제어의 편의성과 변속감을 모두 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 엔진 연계식 LFU 변속 제어 방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 엔진 연계식 LFU 변속 제어를 구현하는 LFU 변속 시스템의 예이며, 도 3은 본 발명에 따른 LFU 변속 맵을 위한 실변속 구간에서 엔진토크 및 댐퍼 유압 제어영역 설정의 예이고, 도 4는 본 발명에 따른 엔진 연계식 LFU 변속 제어를 위한 실변속 구간의 유압하향제어 구간(Zone 1)에서 댐퍼제어의 설정 예이며, 도 5는 본 발명에 따른 엔진 연계식 LFU 변속 제어를 위한 실변속 구간의 슬립제어 구간(Zone 2)에서 엔진제어개시와 연계된 댐퍼제어의 설정 예이고, 도 6은 본 발명에 따른 엔진 연계식 LFU 변속 제어를 위한 실변속 구간의 슬립충족제어 구간(Zone 3)에서 엔진제어 중지와 연계된 댐퍼제어의 설정 예이며, 도 7은 본 발명에 따른 엔진협조제어를 통한 LFU 변속 제어 결과가 기존의 단독적인 댐퍼제어 결과와 비교된 예이다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도 1을 참조하면, 엔진 연계식 LFU 변속 제어 방법은 Power Off Upshift의 실변속 구간을 나눈 3개 영역(Zone 1, Zone 2, Zone 3)에 대한 유압 기울기의 댐퍼제어에 엔진 토크 제어를 조화시켜 엔진과 터빈의 슬립차를 소정 이하의 범위로 줄여 충격 없는 터빈 동기화가 이루어지는 엔진협조제어(S30~S35)를 수행함을 특징으로 한다. 특히 상기 엔진협조제어(S30~S35)는 변속 내 시간을 나눈 구간에 따라 엔진과 댐퍼 유압의 협조제어를 주요 특징으로 함으로써 엔진토크 베이스를 기준으로 슬립에 따라 보정값으로 댐퍼 유압을 제어하던 기존 방식을 벗어날 수 있다.

이로부터 상기 엔진 연계식 LFU 변속 제어 방법은 PID 제어에 엔진제어를 접목함으로써 터빈과 엔진의 슬립차가 소정 이하의 범위로 줄어든 상태로 엔진과 터빈 직결을 가능하게 하고, 특히 엔진과 터빈의 슬립이 과해졌을 때 댐퍼제어를 종료하여 엔진과의 슬립이 벌어진 채로 유지하여 연비에 영향을 주거나 또는 LFU 변속 말기에 과한 슬립량으로 인해 높은 유압으로 제어하게 되면 댐퍼에 의한 충격이 발생하는 상반된 두 상황으로 댐퍼유압제어의 한계를 극복할 수 있도록 한다.

그 결과 상기 엔진 연계식 LFU 변속 제어 방법은 기존의 댐퍼제어 변속 방식이 갖던 과도한 댐퍼유압 및 댐퍼유압 하향/상향 제어 어려움 등이 없이 Power Off Upshift의 실변속 구간에 대한 LFU 변속이 이루어질 수 있다.

한편, 도 2 및 도 3은 엔진 연계식 LFU 변속 제어어를 위한 LFU 변속 시스템(1) 및 엔진 연계식 LFU 변속 제어 원리를 나타낸다.

도 2와 같이, 상기 LFU 변속 시스템(1)은 PID 컨트롤러(10), 엔진 시스템(20) 및 변속 시스템(30)을 포함한다.

일례로 상기 엔진 시스템(20)은 엔진 ECU(Engine Electronic Control Unit)으로 제어되는 통상적인 내연기관 엔진 시스템이다. 상기 변속 시스템(30)은 TCU(Transmission Control Unit)로 제어되는 통상적인 자동변속기 시스템이다.

일례로 상기 PID 컨트롤러(10)는 Power Off Upshift에 의한 LFU 변속 중 PID(Proportinal/Integral/Differential) 제어에 타겟 기울기(즉, 목표 가울기 값)와 실시간 기울기를 조합하고, 변속 시스템(30)에 대한 댐퍼 유압 제어 시 댐퍼제어 유압을 기존 대비 하향 설정이 가능하도록 엔진과 함께 실시간 제어하여 준다.

이를 위해상기 PID 컨트롤러(10)는 LFU 변속 맵(10-1)과 연계된다.

도 3을 참조하면, 상기 LFU 변속 맵(10-1)은 변속구간을 변속준비구간, 실변속 구간, 변속말기 구간으로 구분하고, 터빈기울기제어(토크 컨버터) 및 엔진토크제어(엔진)의 선도에서 PID 제어 구간을 예시한다. 특히 상기 LFU 변속 맵(10-1)은 엔진 토크와 협조제어 없이 댐퍼 유압제어를 수행하는 기존의 댐퍼제어 맵을 포함하고, 상기 댐퍼제어 맵은 엔진 비 연계식 댐퍼유압제어(도 1의 S31-1 기존 댐퍼제어 맵으로 제어 단계 참조)에 적용된다.

일례로 상기 실변속 구간은 유압하향제어 구간으로 변속 말기에 터빈과 엔진의 슬립을 크게 하는 ①(Zone 1), 슬립제어 구간으로 엔진제어를 시작하면서 구간말기부터 유압상향 제어되는 ②(Zone 2), 슬립충족제어 구간으로 엔진제어를 종료하는 ③(Zone 3)로 구간 구획이 이루어진다.

나아가 상기 LFU 변속 맵(10-1)은 엔진토크 테이블(10-2)로 ②(Zone 2)의 엔진토크 상승량(Offset) 설정 및 엔진 토크 상승량 유지 시간 설정을 결정하고, ③(Zone 3)에서 엔진 PID 제어의 목표값으로 적용되는 목표 슬립량 설정을 결정하여 준다. 또한 상기 LFU 변속 맵(10-1)은 댐퍼유압 테이블(10-3)로 ①(Zone 1)의 댐퍼제어 하향 기울기 설정, ②(Zone 2)의 Offset 유지시간 설정(Time 1) 및 Offset 복귀량 %, ③(Zone 3)의 댐퍼제어 기울기설정을 결정하여 준다.

이하 상기 엔진 연계식 LFU 변속 제어 방법을 도 2 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명된다. 이 경우 제어 주체는 PID 컨트롤러(10)이고, 제어 대상은 엔진 시스템(20)과 변속 시스템(30)이다.

먼저, PID 컨트롤러(10)는 S10의 변속패턴 정보 검출을 통해 S20의 LFU 변속 조건 판단을 수행한다. 이 경우 상기 변속패턴 정보(S10)는 도 2와 같이 APS(Accelerator Pedal Scope), 차속, 스로틀밸브 개도량, 기어단, 엔진 RPM(Revolution Per Minute), 엔진토크, 변속유압 등이고, 이는 차량탑재센서로부터 확인된다. 그러므로 상기 LFU 변속 조건 판단(S20)은 변속패턴 정보에서 APS를 LFU APS로 하여 엑셀페달이 밟히지 않은 Power Off Upshift 진입으로 이루어진다.

따라서 PID 컨트롤러(10)는 검출 APS로 엑셀페달이 밟힘을 확인한 경우 S40의 변속패턴 별 변속제어로 전환하여 변속을 수행한 후 S50의 변속완료 시 변속패턴 별 변속제어(S40)를 종료하여 준다. 이 경우 상기 변속패턴 별 변속제어(S40)는 Power Off Upshift나 Power On Downshift가 아닌 D단 변속을 의미한다.

반면 PID 컨트롤러(10)는 검출 APS가 LFU APS인 경우 S30의 LFU 변속제어로 Power Off Upshift 진입이 이루어진다.

구체적으로 상기 LFU 변속제어(S30)는 변속시작이 이루어지는 시점으로서, S31의 변속진행 판단 단계, S32~S32-1의 유압하향제어 단계, S33~S33-3의 슬립제어 단계, S34~S34-3의 슬립충족제어 단계, S35의 엔진토크 복귀 단계로 수행된다.

일례로 상기 변속진행 판단(S31)은 하기의 변속진행 판단식을 적용한다.

변속진행 판단식 : 변속진행율 > 설정 변속진행율

여기서 “변속진행율”은 변속준비구간으로부터 실변속 구간의 Zone 1에 도달되는 검출 시간으로 파악되고, “설정 변속진행율”은 변속준비구간으로부터 실변속 구간의 Zone 1에 도달되는 설정 시간으로서 변속기에 따른 LFU 변속 성능에 따라 적용되는 값이다.

이로부터 PID 컨트롤러(10)는 변속진행율이 설정 변속진행율에 도달된 경우(즉, 보다 큰 경우) S31-1 기존 댐퍼제어 맵으로 제어 단계로 전환함으로써 엔진 비 연계식 댐퍼제어 맵으로 매칭된 댐퍼유압제어로 기존과 같은 방식으로 LFU 변속 수행 후 S50의 변속완료 시 변속패턴 별 변속제어(S40)를 종료하여 준다.

반면 PID 컨트롤러(10)는 변속진행율이 설정 변속진행율에 도달전인 경우(즉, 보다 작은 경우) 유압하향제어(S32~S32-1)로 진입한다. 이때 PID 컨트롤러(10)는 유압하향제어(S32~S32-1)로 진입하기 전 실변속 구간을 Zone 1, Zone 2, Zone 3로 구획하여 준다.

구체적으로 상기 유압하향제어(S32~S32-1)는 S32의 유압하향제어 구간 (Zone 1) 적용 단계, S32-1의 Zone 1 적용 종료단계로 수행된다.

일례로 상기 유압하향제어 구간(Zone 1)(S32)은 Zone 1로서, 변속 말기에 터빈과 엔진의 슬립량 조절이 용이하도록 댐퍼 하향 기울기 제어가 수행된다.

도 4를 참조하면, Zone 1은 유압 캘리브레이션을 어렵게 하던 댐퍼유압 상/하향 제어의 상반 문제 현상이 없는 급격한 댐퍼 제어 듀티 하향으로 변속 말기에 터빈과 엔진의 슬립을 크게 하기 위해 구획된다. 이를 위해 PID 컨트롤러(10)는 Zone 1 시작점 설정(A)과 Zone 1 종료시점 설정을 설정하여 Zone 1 종료 이후 유압제어에 제어 듀티 Offset을 적용한다. 이 경우 상기 제어 듀티 Offset은 댐퍼 제어 하향 기울기로 도달한 제어 듀티와 기존 베이스에 대한 슬립량에 따라 설정된다.

일례로 상기 Zone 1 시작점 설정(A)은 변속 진행률 확인으로 Zone 1이 시작되는 설정 시점이다. 상기 유압 하향 기울기 설정(a)은 차속 축에 대해 이전 댐퍼 제어 유압에서 하향 기울기를 적용한다. 상기 Zone 1 종료시점 설정(B)은 엔진과 터빈의 슬립이 일정 수준 이상으로 벌어지는 슬립량 차이 값으로 적용한다.

그러므로 PID 컨트롤러(10)는 변속 진행 확인으로 설정된 Zone 1 시작점에서 Zone 1을 시작하고, 차속에 대해 이전 댐퍼 제어 유압에서 하향 기울기로 변속시스템(30)의 댐퍼 유압을 제어하면서 슬립이 일정값 이상으로 벌어지면 댐처 유압 하향 기울기 제어 구간(Zone 1)에 대한 댐퍼 유압 제어를 종료한다.

일례로 상기 Zone 1 적용 종료(S32-1)는 Zone 1 슬립량 차이 값으로 Zone 1 종료시점 설정(B)의 도달을 확인하고, 이를 1차 슬립 조정으로 하여 하기의 Zone 1 슬립량 차이 판단식으로 확인한다.

Zone 1 슬립량 차이 판단식 : Zone 1 슬립량 > 설정 슬립량

여기서 “Zone 1 슬립량”은 Zone 1의 댐퍼 유압 하향 기울기 제어 결과에 따른 슬립값이고, “설정 슬립량”은 Zone 1 종료시점을 위해 설정된 일정값 이상의 슬립 차이값이다.

그러므로 PID 컨트롤러(10)는 Zone 1에서 “슬립량 > 설정 슬립량”의 조건 충족을 슬립이 일정값 이상으로 벌어진 상태로 확인하여 Zone 1 종료시점(B)으로 적용하고, 이로부터 Zone 1의 댐퍼 유압제어에 기존제어대비 Jump량(b) 만큼 하향 제어됨을 알 수 있다.

구체적으로 상기 슬립제어(S33~S33-3)는 S33의 슬립제어 협조 구간(Zone 2) 적용 단계, S33-1의 엔진제어 실시 단계, S33-2의 유압제어 실시단계, S33-3의 Zone 2 적용 종료 단계로 수행된다.

일례로 상기 슬립제어 협조 구간(Zone 2)(S33)은 Zone 2로서, Zone 1 종료시점(B)의 슬립 차이값(즉, Zone 1 슬립량 > 설정 슬립량)으로 슬립이 일정부분 벌어진 상태에서 엔진제어를 시작하고, Zone 2 말기 구간부터 기울기 상향 조정으로 댐퍼의 유압제어를 시작한다.

도 5를 참조하면, Zone 2는 Zone1 종료시점(B)이 자동으로 Zone 2 시작 시점으로 설정되는 Zone 2 시작 시점과 목표 슬립점 도달로 설정되는 Zone 2 종료시점 사이에서 엔진 PID 제어 변수로 엔진토크 상승량(C), 엔진토크 상승량 유지시간(D), 목표 슬립량(E)을 설정하고, 유압 PID 제어 변수로 Zone 1 Offset 반영 듀티(F), Offset 듀티 복귀(G), Offset 복귀 %(g)를 설정한다. 특히 상기 Offset 복귀 %(g)는 기존 댐퍼 제어 듀티(f)와 Zone 1 Offset 반영 듀티(F)의 차를 100% 현재 Offset양으로 하여 Offset 듀티 복귀(G)의 기울기 값을 적용하고, 이로부터 Offset 복귀 시간이 계산된다.

그러므로 PID 컨트롤러(10)는 Zone 2에서 엔진시스템(20)에 대한 엔진제어(S33-1)를 엔진토크 상승량 설정(Offset)에 기반 한 엔진 PID 제어로 수행하고, 목표 슬립량(E)의 도달을 Zone 2 종료시점으로 하여 S33-3의 Zone 2 구간 제어 종료로 전환된다.

보다 구체적으로 상기 엔진 PID 제어는 엔진토크 상승량 유지시간(D)(즉, Offset 유지시간 설정 Time 1)으로 엔진 토크 상승량이 유지되는 시간을 적용하고, 상기 Offset 설정 값이 엔진토크 상승량(C)에 의한 엔진제어로부터 엔진 PID 제어 및 댐퍼 유압 PID 제어 전 엔진 토크를 일정 부분 상승된 상태로 준비될 수 있도록 한다. 또한, 상기 엔진 PID 제어는 Zone 3에 대한 목표 슬립량(E)의 설정으로 엔진 PID 제어 목표값이 설정된다. 예를 들어 50rpm 정도의 적정 슬립량을 100%로 할 때 약 140 ~ 160&(즉, 70~80rpm) 정도의 슬립량을 목표기울기로 하여 Offset 듀티 복귀(G)의 기울기 값을 설정하는 방식이다.

이와 같이 PID 컨트롤러(10)는 Zone 2의 댐퍼 유압 제어 시 Zone 1 종료 이후 유압제어에 제어 듀티 Offset을 적용함으로써 Zone 1종료 이 후의 엔진 협조제어를 통해 터빈과 엔진을 직결할 경우 유압제어를 급하게 하는 것을 방지하고, 특히 Zone 1 이후의 제어는 기존제어대비 Jump량(b) 만큼 하향한 값을 가지고 제어함으로써 이후 직결 시 유압대기가 이루어질 수 있다.

또한, PID 컨트롤러(10)는 Zone 2에서 변속시스템(30)에 대한 유압제어(S33-3)를 댐퍼제어 듀티가 유지되나 슬립량 등에는 영향을 주지 않는 댐퍼 유압 PID 제어로 수행하여 준다.

특히 상기 댐퍼 유압 PID 제어는 Zone 2에 적용된 유압 제어 구간의 설정을 엔진제어시점과는 다르게 댐퍼 유압 Offset 복귀 시간이 설정되고, 변속별 P-Gain, I-Gain, D-Gain이 설정되어진다. 예를 들어, Zone 2 유압제어 설정에 적용된 유압제어 Offset은 Zone 1에서 발생한 기존 제어와 달리 Offset으로 토크베이스와 슬립량에 대한 댐퍼제어를 계속 수행하고 있으므로 유압제어가 일정부분 복귀될 수 있도록 한다.이 경우 Offset 복귀량(g)을 %로 설정하여 복귀시키고, Offset 복귀량(g)에 기반 한 Offset 복귀 시간 설정으로 엔진의 슬립량에 대해 Zone 2가 종료되면 복귀시간 동안 Zone 2 종료시점까지 복귀한 Offset을 사용하도록 한다.

일례로 상기 Zone 2 적용 종료(S33-3)는 Zone 2 슬립량 차이 값으로 Zone 2 종료시점 설정의 도달을 확인하고, 이를 2차 슬립 조정으로 하여 하기의 Zone 2 슬립량 차이 판단식으로 확인한다.

Zone 2 슬립량 차이 판단식 : Zone 2 슬립량 > 설정 슬립량

여기서 “Zone 2 슬립량”은 Zone 2의 댐퍼 유압 하향 기울기 제어 결과에 따른 슬립값이고, “설정 슬립량”은 Zone 2 종료시점을 위해 설정된 일정값 이상의 슬립 차이값이다.

그러므로 PID 컨트롤러(10)는 Zone 2에서 “Zone 2 슬립량 > 설정 슬립량”의 조건 충족으로 목표 슬립점 도달 상태가 확인되어 Zone 2 종료시점으로 적용되고, 이로부터 Zone 2의 댐퍼 유압제어를 통해 댐퍼의 유압 상향조정이 이루어지기 시작한다. 특히 상기 PID 컨트롤러(10)는 도 2와 같이, 목표 슬립점을 위한 목표 슬립량(E)으로 엔진토크를 제어하면서 엔진토크 제어 결과를 현재 슬립량 측정을 통해 피드백 받아 상기 목표 슬립량(E)을 업데이트함으로써 실시간으로 엔진제어를 수행하여 준다.

구체적으로 상기 슬립충족제어(S34~S34-3)는 S34의 슬립충족제어 구간(Zone 3) 적용 단계, S34-1의 엔진제어 종료 단계, S34-2의 유압제어 실시단계, S34-3의 Zone 3 적용 종료 단계로 수행된다.

일례로 상기 슬립충족제어 구간(Zone 3)(S34)은 터빈과 엔진의 슬립 차이가 일정 슬립 구간 안으로 들어왔다는 판단을 통해 엔진제어가 종료되면서 댐퍼의 유압제어를 통해 엔진과 터빈이 부드럽게 직결될 수 있도록 한다.

도 6을 참조하면, Zone 3은 Zone 2 종료 시점을 Zone 3 시작시점으로 설정하고, Zone 3 시작시점에서 Zone 3 종료시점까지 유압 기울기 상승이 이루어지도록 댐퍼 유압 상향 기울기 설정(H)을 적용한다.

그러므로 PID 컨트롤러(10)는 Zone 3에서 토크 하향(Jump Down)으로 엔진 협조 제어 적용이 없는 기존의 엔진 토크 맵 적용 상태로 복귀시켜 엔진시스템(20)에 대한 엔진 종료 제어(S34-1)를 수행한다. 또한, PID 컨트롤러(10)는 Zone 3에서 Zone 2에 적용된 Offset에서 복귀한 댐퍼 유압제어를 시작점으로 사용하고, 댐퍼 유압 상향 기울기 설정(H)을 이용하여 유압제어(S34-2)를 수행한다.

일례로 상기 Zone 3 적용 종료(S34-3)는 터빈과 엔진의 RPM 동기화로 Zone 3 종료시점 설정의 도달을 확인하고, 이를 3차 슬립 조정으로 하여 하기의 Zone 3 슬립량 차이 판단식으로 확인한다.

Zone 3 슬립량 차이 판단식 : Zone 3 슬립량 < 설정 슬립량

여기서 “Zone 3 슬립량”은 Zone 3의 터빈-엔진 RPM 동기화 결과에 따른 슬립값이고, “설정 슬립량”은 Zone 3 종료시점을 위해 설정된 일정 이상 슬립값이다.

그러므로 PID 컨트롤러(10)는 Zone 3에서 "Zone 3 슬립량 < 설정 슬립량"의 조건 충족으로 슬립량이 설정된 수준 이하 상태가 확인되어 Zone 3 종료시점으로 적용되고, 이로부터 Zone 3의 댐퍼 유압제어를 통해 엔진과 터빈이 부드럽게 직결될 수 있다.

구체적으로 상기 엔진토크 복귀(S35)는 Zone 3 적용 종료(S34-3)에 따른 엔진 협조 제어 적용이 없는 기존의 엔진 토크 맵 적용 상태로 복귀됨을 의미한다.

최종적으로 PID 컨트롤러(10)는 S50의 변속 완료 판단 시 LFU 변속제어(S30)의 종료로 Power Off Upshift에 따른 LFU 변속이 완료된다.

한편, 도 7은 엔진협조제어를 통한 LFU 변속 제어 결과를 기존의 단독적인 댐퍼제어 결과와 비교한 예를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 단독적인 댐퍼제어 결과와 엔진협조제어를 통한 LFU 변속 제어 결과의 대비로부터 기존의 댐퍼제어 변속 방식에서 발생되던 과도한 댐퍼유압, 댐퍼유압 상향/하향 제어 어려움의 문제점 해결이 이루어짐을 알 수 있다.

일례로 문제점 1, 2, 3은 하기와 같은 현상을 나타낸다.

문제점 1은 댐퍼 유압이 과한 경우로서, 이는 엔진과 터빈이 변속 내내 직결되어 있어 변속시작 또는 말기에 충격이 과하게 들어오는 것을 제어할 수 없기 때문이다.

문제점 2는 댐퍼유압 하향 제어가 어려운 경우로서, 이는 변속 말기를 잡기 위한 댐퍼 제어 시 댐퍼유압이 빠지는 상황에서 슬립이 발생할 경우 댐퍼 제어 종료로 엔진과 터빈이 미체결 상태(즉, OPEN된 상태)로 움직이기 때문이다. 즉, 슬립이 커지는 경우 댐퍼제어를 종료하는 이유는 슬립량 과다 시 댐퍼 유압을 급격히 올리면 엔진과 터빈이 직결이 됨으로써 충격이 크게 들어오기 때문에 슬립이 일정 수준을 넘어가지 않도록 하기 위함이다. 하지만, 변속 도중 슬립에 따른 댐퍼제어 종료는 연비에 악영향을 줄 수밖에 없다.

문제점 3은 댐퍼유압 상향 제어가 어려운 경우로서, 이는 슬립이 문제점 2와 같이 벌어지지 않고 일정 수준 안에 들어오게 되면, 엔진과 터빈의 슬립제어 또는 직결제어를 하려고 댐퍼 유압을 상승시킴으로써 엔진과 터빈이 급하게 직결되면서 충격이 발생하기 때문이다.

반면 엔진협조제어(S30~S37)에선, 엔진과 터빈의 슬립량을 줄이도록 댐퍼제어가 엔진과 함께 수행됨으로써 엔진의 토크 상승으로 엔진과 터빈의 슬립을 줄일 수 있어 댐퍼제어 유압을 기존의 제어 방식 대비 상대적으로 많이 하향으로 설정하고, 댐퍼제어 유압 하향에 따른 문제점2,3의 상반된 현상에 대해 Zone 1,2,3을 이용하여 변속 말기를 지난 후 부드럽게 터빈과 엔진을 직결할 수 있도록 제어할 수 있다. 이로부터 엔진협조제어(S30~S37)는 문제점 1, 2, 3의 현상을 발생하지 않으므로 댐퍼제어의 편의성과 변속감을 모두 확보할 수 있다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 LFU 변속 시스템(1)에 적용된 엔진 연계식 LFU 변속 제어 방법은 엑셀페달의 APS(Accelerator Pedal Scope) 해제에 의한 Power Off Upshift 진입이 이루어지면, LFU(Lift Foot Up) 변속의 실변속 구간이 유압하향제어 구간의 Zone 1(S32), 슬립제어 구간의 Zone 2(S33), 슬립충족제어 구간의 Zone 3(S34)로 구분되고, PID 컨트롤러(10)의 PID(Proportinal/Integral/Differential) 제어가 변속기의 댐퍼 유압을 제어하면서 Zone 1 내지 Zone 3에서 터빈과 엔진의 슬립차가 소정 이하의 범위로 줄어든 상태로 엔진과 터빈 직결이 이루어지는 엔진제어를 수행함으로써 슬립차 해소에 대한 댐퍼 유압 제어 어려움 개선이 이루어지면서 엔진 토크 상승으로 댐퍼 유압의 하향 설정량을 상대적으로 크게 하여 댐퍼 제어의 편의성과 함께 변속말기의 변속감을 모두 확보할 수 있다.

1 : LFU 변속 시스템
10 : PID 컨트롤러 10-1 : LFU 변속 맵
10-2 : 엔진토크 테이블 10-3 : 댐퍼유압 테이블
20 : 엔진 시스템 30 : 변속 시스템

Claims (20)

1. 엑셀페달의 APS(Accelerator Pedal Scope) 해제에 의한 Power Off Upshift 진입으로 PID 컨트롤러의 PID(Proportinal/Integral/Differential) 제어로 변속기의 댐퍼유압이 제어될 때,
   복수개 구간으로 구획된 실변속 구간에서 상기 PID 제어로 엔진제어를 하여 터빈과 엔진의 슬립차가 소정 이하의 범위로 줄어든 상태로 엔진과 터빈 직결을 가능하게 하는 엔진협조제어가 포함되고,
   상기 복수개 구간은 LFU 변속 진행 시간으로 구획되며,
   상기 엔진협조제어는 변속진행율 도달 확인이 이루어지고, 상기 복수개 구간이 Zone 1, Zone 2, Zone 3로 구획되는 단계, 댐퍼 유압 제어로 터빈과 엔진의 1차 슬립 조정이 이루어지는 Zone 1 설정 단계, 엔진 제어와 함께 댐퍼 유압 제어로 터빈과 엔진의 2차 슬립 조정이 이루어지는 Zone 2 설정 단계, 엔진 제어 종료로 터빈과 엔진의 3차 슬립 조정 상태에서 댐퍼 유압 제어로 전환되는 Zone 3 설정 단계
   로 수행되는 것을 특징으로 하는 엔진 연계식 LFU 변속 제어 방법.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 실변속 구간은 현재변속동기점이 시작되는 변속준비구간과 소정 이하의 슬립차 범위로 터빈 동기화가 이루어지는 변속말기 구간 사이인 것을 특징으로 하는 엔진 연계식 LFU 변속 제어 방법.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서, 상기 Zone 1에서 상기 1차 슬립 조정은 Zone 1 종료 시점의 설정 슬립량보다 큰 값의 Zone 1 슬립량으로 종료되는 것을 특징으로 하는 엔진 연계식 LFU 변속 제어 방법.
   
6. 청구항 1에 있어서, 상기 Zone 1에서, 상기 PID 제어는 차속에 대해 변속시스템의 댐퍼 유압을 하향 기울기로 제어해 주는 것을 특징으로 하는 엔진 연계식 LFU 변속 제어 방법.
   
7. 청구항 1에 있어서, 상기 Zone 2에서, 상기 2차 슬립 조정은 Zone 2 종료 시점의 설정 슬립량보다 큰 값의 Zone 2 슬립량으로 종료되는 것을 특징으로 하는 엔진 연계식 LFU 변속 제어 방법.
   
8. 청구항 1에 있어서, 상기 Zone 2에서, 상기 PID 제어는 엔진 시스템의 엔진토크 상승량 설정에 기반 한 목표 슬립량이 도달될 때까지 엔진제어를 수행하고, 변속시스템의 댐퍼 유압을 Zone 2 말기 구간에서 댐퍼 유압 제어를 시작하여 주는 것을 특징으로 하는 엔진 연계식 LFU 변속 제어 방법.
   
9. 청구항 8에 있어서, 상기 엔진토크 상승량 설정은 상기 엔진제어 동안 엔진 토크 상승량이 유지되는 엔진토크 상승량 유지시간을 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 연계식 LFU 변속 제어 방법.
   
10. 청구항 9에 있어서, 상기 목표 슬립량은 Zone 3 슬립량 보다 큰 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 엔진 연계식 LFU 변속 제어 방법.
    
11. 청구항 10에 있어서, 상기 목표 슬립량은 상기 Zone 3 슬립량의 140~160%인 것을 특징으로 하는 엔진 연계식 LFU 변속 제어 방법.
    
12. 청구항 8에 있어서, 상기 댐퍼 유압 제어는 Zone 1 종료 이후 유압제어에 제어 듀티 Offset을 적용하여 급격한 유압제어 시작을 방지하고, 하향 Jump량으로 엔진과 터빈의 직결 시 유압대기가 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 엔진 연계식 LFU 변속 제어 방법.
    
13. 청구항 1에 있어서, 상기 Zone 3에서, 상기 3차 슬립 조정은 Zone 3 종료 시점의 설정 슬립량보다 큰 값의 Zone 3 슬립량으로 종료되는 것을 특징으로 하는 엔진 연계식 LFU 변속 제어 방법.
    
14. 청구항 1에 있어서, 상기 Zone 3에서, 상기 PID 제어는 엔진 시스템의 토크 하향(Jump Down)로 엔진제어를 수행하여 엔진 토크를 복귀시켜 주는 것을 특징으로 하는 엔진 연계식 LFU 변속 제어 방법.
    
15. 청구항 1에 있어서, 상기 PID 제어는 변속 시스템의 댐퍼 유압에 대해 댐퍼 유압 상향 기울기 설정이 적용되어 댐퍼 유압 제어를 수행하여 주는 것을 특징으로 하는 엔진 연계식 LFU 변속 제어 방법.
    
16. 엑셀페달의 APS(Accelerator Pedal Scope) 해제에 의한 Power Off Upshift 진입이 이루어지면, LFU(Lift Foot Up) 변속 구간을 Zone 1, Zone 2, Zone 3로 구획하고, PID(Proportinal/Integral/Differential) 제어로 변속기의 댐퍼 유압을 제어하면서 상기 Zone 1 내지 Zone 3에서 터빈과 엔진의 슬립차가 소정 이하의 범위로 줄어든 상태로 엔진과 터빈 직결이 이루어지는 엔진제어를 수행하는 PID 컨트롤러;가 포함되며,
    상기 PID 컨트롤러는 LFU 변속 맵을 구비하고, 상기 LFU 변속 맵은 변속준비구간, 실변속 구간, 변속말기 구간의 변속구간 중 상기 실변속 구간에 상기 Zone 1 내지 Zone 3을 적용하며,
    상기 Zone 1은 변속 말기에 터빈과 엔진의 슬립량 조절용이성을 위한 유압하향제어 구간이고, 상기 Zone 2는 엔진제어 말기 구간에서 상향 기울기로 이루어지는 댐퍼 유압제어를 위한 슬립제어 구간이며, 상기 Zone 3은 터빈과 엔진의 슬립 차이가 일정 슬립 구간 안으로 들어온 후 엔진제어 종료에 이은 댐퍼 유압제어를 위한 슬립충족제어 구간인
    것을 특징으로 하는 LFU 변속 시스템.
    
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19. 청구항 16에 있어서, 상기 Zone 1 내지 Zone 3에 대한 구획은 LFU 변속 진행 시간인 것을 특징으로 하는 LFU 변속 시스템.
    
20. 청구항 16에 있어서, 상기 PID 컨트롤러는 목표 슬립량으로 엔진토크를 제어하면서 엔진토크 제어 결과를 현재 슬립량으로 피드백 받아 상기 목표 슬립량을 업데이트하는 것을 특징으로 하는 LFU 변속 시스템.

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